Килограмм по-новому: как гравитация переосмысливает измерение массы?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Как вы думаете, что общего между молнией и яблоком, падающим с дерева? Казалось бы, ничего, но на самом деле и то, и другое — проявление фундаментальных сил природы: электромагнетизма и гравитации. А что если я скажу вам, что эти силы, с которыми мы сталкиваемся каждый день, могут стать основой для определения таких, казалось бы, простых вещей, как килограмм?

До недавнего времени, казалось, что килограмм — это что-то вполне осязаемое, конкретный металлический цилиндр-эталон, хранящийся в Париже. Но наука не стоит на месте, и в 2019 году произошла настоящая революция в метрологии — науке об измерениях. Единицы измерения, включая килограмм, перешли на новый уровень и стали определяться не через сравнение с физическими объектами, а через фундаментальные константы квантовой физики.

Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3
От цилиндра к квантам: как мы пришли к этому?

В чём же дело? Раньше эталоном килограмма служил тот самый металлический цилиндр. Но такой подход имел свои недостатки: со временем цилиндр мог немного терять в массе, что, конечно, не очень хорошо для точных измерений. Поэтому учёные решили найти более надежный способ.

И тут на сцену вышла квантовая физика. Теперь килограмм определяется через фундаментальные константы. Но как это работает на практике? Тут в игру вступают, например, весы Киббла — хитроумное устройство, связывающее массу с электрическими величинами. Они измеряют механическую мощность (вес) объекта и уравновешивают её с электрической мощностью. Затем, используя квантовые эффекты, такие как эффект Холла и эффект Джозефсона, можно точно определить электрическое напряжение и ток, а, следовательно, и массу.

Метрологический треугольник для e, а также для h. 	arXiv:2402.04135 [gr-qc]
Метрологический треугольник для e, а также для h. arXiv:2402.04135 [gr-qc]
Автор: Claus Lammerzahl, Sebastian Ulbricht Источник: arxiv.org
Гравитация на службе у метрологии: новый взгляд на старые проблемы

Но на этом научные изыскания не остановились. Клаус Лэммерцаль и Себастьян Ульбрихт, два учёных, работающих в сфере физики и метрологии, предложили совершенно новый подход к измерению массы, используя гравитацию. Подумайте об этом: гравитация, как и электромагнетизм, — это фундаментальная сила природы, описываемая полями. А если так, то почему бы не применить те же методы, которые используют для электромагнитных величин, к гравитационным?

Именно это они и сделали, разработав концепцию гравитационных аналогов эффекта Холла и эффекта Джозефсона. Позвольте объяснить: ранее эти эффекты применялись только к электромагнитным полям. Теперь же, по сути, появилась возможность использовать их и в гравитационных. В чём же суть? На языке физики: гравитационное поле для масс является тем же, чем электромагнитное поле является для зарядов.

Установка для гравитационного квантового эффекта Холла. Нейтроны или атомы движутся по тонкой вращающейся пластине с током I. Вращение вызывает поле ускорения, ортогональное движению частиц. Компенсация поперечного ускорения может быть достигнута небольшим наклоном плоскости вокруг оси x, что вызывает небольшое ускорение a. 	arXiv:2402.04135 [gr-qc]
Установка для гравитационного квантового эффекта Холла. Нейтроны или атомы движутся по тонкой вращающейся пластине с током I. Вращение вызывает поле ускорения, ортогональное движению частиц. Компенсация поперечного ускорения может быть достигнута небольшим наклоном плоскости вокруг оси x, что вызывает небольшое ускорение a. arXiv:2402.04135 [gr-qc]
Автор: Claus Lammerzahl, Sebastian Ulbricht Источник: arxiv.org
В чём же перспективы?

Честно говоря, это может показаться сложным. Но что же всё это значит для нас? В перспективе это открывает путь к ещё более точным и надежным методам измерения массы, и не только её. Работа Лэммерцаля и Ульбрихта, возможно, станет основой для создания новых стандартов механических единиц, таких как килограмм.

Это не просто научные изыскания ради науки. Это фундаментальные исследования, меняющие наше представление о мире и о том, как мы его измеряем. Понимаете, как, казалось бы, обыденные вещи связаны с глубокими законами природы? Это как раз то, что делает науку такой увлекательной. И, кто знает, возможно, когда-нибудь в будущем, когда вы будете взвешивать яблоки на кухне, вы вспомните, что в основе этого процесса лежит та самая гравитация, которая когда-то заставила яблоко упасть на голову Ньютона.

5 комментариев

Добавить комментарий

1
Всегда, когда кушаю яблоко, вспоминаю про Ньютона
S
Довольно необычный подход к измерению массы. Вроде бы, ОТО говорит, что гравитации не существует, а есть только искривление пространства массивными телами. Соответственно, «гравитационное поле для масс является тем же, чем электромагнитное поле является для зарядов» — это не совсем верно. Эл.маг. поле существует отдельно от зарядов, а вот гравитационное как раз является проявлением той самой массы.
D
По новым данным гравитация — это не фундаментальная сила! Опоздали…
644102807@vkontakte
Нет спасибо оставьте лучше старый способ измерениЯ массы по эталону. Квантовая теория это скорее квантовая гипотеза, она не доказана. Тем более например наблюдения Уэба опровергает выражение емцквадрат. Возраст вселенной увеличен но водорода сгорело мало 99.99. Это говорит что емцквадрат должно быть больше. Такие эталоны глупы.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Завезли змей — стало больше пауков. Что случилось на Гуаме?

В этой истории пауков никто не привозил специально. Для них не создавали заповедник и не разводили насекомых на корм. На тихоокеанский остров Гуам попала змея — и спустя десятилетия...

Почему фламинго едят с перевёрнутой головой

Кормящийся фламинго опускает длинную шею и разворачивает голову теменем вниз. Птица водит клювом в воде, быстро открывает и закрывает его, а иногда начинает топтаться на одном месте. Эти движения...

Что позволяет коале есть ядовитые листья эвкалипта

Коала сидит в развилке дерева, подтягивает к себе ветку и неторопливо жуёт листья. Собирать плоды или искать насекомых ей не нужно: еда растёт прямо над головой. Но большинству травоядных такая...

Водяной клоп, который держит в страхе пресноводный водоем: как охотится Белостома

В тёплых прудах и заросших заводях прячется одно из самых необычных насекомых планеты — Белостома, гигантский водяной клоп. С виду клоп напоминает помесь таракана и богомола: плоское...

Что, если облака Венеры или камни Марса обитаемы? Найден единственный след, который не способна скрыть ни одна форма жизни

Все современные программы поиска жизни в космосе опираются на земной опыт. Космические агентства ищут планеты, которые находятся на комфортном расстоянии от своих звезд, где температура позволяет...

Уборка космоса отменяется: почему «орбитальные мусоровозы» не спасут нас от космического мусора

С декабря 2024 по май 2025 года спутники группировки Starlink выполнили 144 404 маневра уклонения от потенциальных столкновений. Согласно отчетам компании SpaceX для Федеральной комиссии по связи...